Una configuración simplificada de aerogeneradores equipados con transformadores tipo caja al estilo americano
La generación de electricidad mediante energía eólica, como fuente de energía renovable y limpia, tiene una tecnología relativamente madura y ha experimentado un desarrollo rápido en China en los últimos años. Se estima que para 2010, la capacidad instalada total alcanzará 1,8×10⁴ MW. La generación de energía eólica se caracteriza por un período de construcción corto, resultados rápidos y ventajas de coste-efectividad. Generalmente, solo se necesita alrededor de un año para construir un parque eólico de 50 MW. Después de su finalización, el costo de operación es bajo y el volumen de trabajo de operación y mantenimiento es relativamente pequeño.
Visión general de los transformadores de elevación seleccionados para parques eólicos
Cada unidad de turbina eólica está equipada con un transformador de elevación, que se utiliza para elevar el voltaje generado (0,69 kV) y conectarlo a las líneas colectoras internas del parque eólico. Se adopta el modo de conexión de "una máquina - un transformador" para el cableado. Las líneas colectoras están conectadas a la red eléctrica a través de la subestación de elevación del parque eólico. Actualmente, los transformadores seleccionados incluyen principalmente tres tipos: transformadores sumergidos en aceite ordinarios (menos comúnmente utilizados), subestaciones prefabricadas estilo europeo y subestaciones prefabricadas estilo americano (también conocidas como subestaciones tipo caja estilo americano). Entre ellos, las subestaciones tipo caja estilo americano son actualmente las más utilizadas.
En comparación con las subestaciones prefabricadas estilo europeo, las subestaciones tipo caja estilo americano tienen las ventajas de una estructura compacta, totalmente sellada, volumen pequeño, uso de conectores de cable de codo, ausencia de protección gaseosa y operación y mantenimiento convenientes. Las subestaciones tipo caja estilo americano se utilizan principalmente en redes de distribución urbana, como áreas residenciales, parques industriales, centros comerciales y otros lugares de suministro de energía. En los últimos años, se han utilizado ampliamente como transformadores de elevación que apoyan turbinas eólicas. Su esquema de cableado eléctrico típico (básicamente el mismo que se aplica en la red de distribución) se muestra en la Figura 1. De acuerdo con los requisitos de la red de distribución, las subestaciones tipo caja estilo americano están equipadas con las siguientes protecciones correspondientes:
Fusibles enchufables sumergidos en aceite, que se funden cuando ocurre un fallo de cortocircuito en el lado de baja tensión del transformador;
Fusibles limitadores de corriente sumergidos en aceite, que se funden rápidamente para cortar el transformador cuando ocurre un fallo de cortocircuito en el lado de alta tensión dentro del transformador, evitando que el accidente se expanda.
Un interruptor de carga trifásico interconectado, sumergido en aceite, que puede completar la operación de cierre del transformador con carga;
Un interruptor inteligente (o interruptor separador de fusible), principalmente utilizado para proteger el lado de carga.
Simplificación de la configuración de protección de las subestaciones tipo caja estilo americano
Principios de simplificación
Un transformador estilo americano se refiere a un transformador que mantiene las características básicas de una subestación tipo caja estilo americano, como su estructura, radiadores corrugados, ausencia de protección gaseosa, válvulas de alivio de presión y fusibles limitadores de corriente. Sin embargo, simplifica los dispositivos de protección. Basándose en la experiencia de operación de la energía eólica, se eliminan algunos componentes de su protección de red, convirtiéndolo en un transformador específicamente utilizado para la energía eólica.
Configuración de protección simplificada
Es técnicamente factible eliminar los componentes de protección de red de las subestaciones tipo caja estilo americano aplicadas en la energía eólica. Las líneas colectoras están equipadas con dispositivos de protección confiables (instalados en la subestación de elevación). Las líneas colectoras deben conectarse a la subestación de elevación, y después de elevar el voltaje, se conectan al sistema. La subestación de elevación establece protección de línea para cada línea colectora respectivamente. El rango de protección no solo cubre las líneas colectoras sino que también se extiende a la subestación tipo caja y a las turbinas eólicas. Una vez que ocurre un cortocircuito u otro fallo en cierta línea, la protección de línea actuará y desconectará esa línea. Las turbinas eólicas están equipadas con un conjunto completo de dispositivos de protección de red (instalados en el armario de control terrestre). Una vez que ocurre un fallo o anomalía en la red, la protección de la turbina eólica actuará y cortará la turbina eólica (aquí, la red se refiere al sistema de línea colectora y subestación tipo caja). La tabla 1 muestra la protección de red establecida por el fabricante de turbinas eólicas.
Algunas de las configuraciones de protección de las subestaciones tipo caja son relativamente simples. Sus funciones de protección son mucho menores que las de la protección de la línea colectora y la protección de la turbina eólica, y forman una protección cruzada redundante. Por lo tanto, la protección de red configurada en las subestaciones tipo caja es innecesaria y puede ser eliminada. El rango y las funciones de protección de los interruptores inteligentes pueden ser completamente reemplazados por la protección de red de las turbinas eólicas. Al mismo tiempo, la eliminación de algunos componentes innecesarios, como interruptores de carga y fusibles enchufables, ayuda a reducir los puntos potenciales de accidentes y mejorar la confiabilidad operativa del equipo.
Ajustes de protección de las subestaciones tipo caja estilo americano simplificadas
Para garantizar que las subestaciones tipo caja estilo americano simplificadas puedan cumplir con los requisitos operativos de los parques eólicos, el Instituto de Investigación Eléctrica de Jilin Electric Power Co., Ltd. organizó a 18 expertos de Jilin Electric Power Co., Ltd., Beijing Sifang Micro-Electronic Co., Ltd., Datang Jilin Company y otras unidades para demostrar y revisar cuidadosamente la configuración de las subestaciones tipo caja estilo americano simplificadas. Se reconoció que la subestación tipo caja estilo americano simplificada es un transformador dedicado para la energía eólica, desarrollado basándose en la asimilación de la tecnología de subestaciones tipo caja estilo americano. Tecnológicamente, cumple plenamente con los requisitos para la operación segura y confiable de las unidades de turbinas eólicas, tiene buenos beneficios económicos y puede ser ampliamente promovido y utilizado en parques eólicos. La configuración de la subestación tipo caja estilo americano simplificada se muestra en la Figura 2.
Análisis técnico y económico
La mayoría de los parques eólicos actualmente adoptan las subestaciones tipo caja estilo americano diseñadas originalmente, cuyas funciones de protección complejas no son adecuadas para los sistemas de energía eólica. Utilizar subestaciones tipo caja estilo americano simplificadas puede reducir significativamente los costos de equipos, trayendo buenos beneficios sociales y económicos. Los cálculos preliminares muestran que el costo de cada unidad puede reducirse aproximadamente en 30,000 yuanes.
Después de eliminar algunos componentes innecesarios, como interruptores de carga, fusibles enchufables e interruptores inteligentes, se reduce el número de puntos potenciales de accidentes, disminuyendo considerablemente la probabilidad de accidentes. La operación es simple, conveniente, segura y confiable, con una reducción sustancial en el volumen de trabajo de mantenimiento. Las subestaciones tipo caja estilo americano simplificadas se han aplicado en algunos parques eólicos de la provincia de Jilin, logrando beneficios sociales y económicos evidentes.
